(57)【要約】【課題】異常の原因を推定することが可能な表面検査装置を提供する。【解決手段】表面検査装置は、半導体ウェハ１０を支持するウェハ保持部２０と、ウェハ保持部２０に支持されたウェハ１０の上ベベル部を照明する落射照明３２と、落射照明３２に照明されたウェハ１０の上ベベル部を撮像する撮像部３０と、撮像部３０に撮像されたウェハ１０の上ベベル部の像における色情報のうち、明度および彩度に関する情報を用いてウェハ１０の上ベベル部の表面状態を判別する画像処理部４０とを備えて構成される。【選択図】図１
2010190871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に薄膜が設けられた半導体ウェハを支持する支持部と、
前記支持部に支持された前記ウェハの端部または端部近傍を照明する照明部と、
前記照明部に照明された前記ウェハの端部または端部近傍を撮像する撮像部と、
前記撮像部に撮像された前記ウェハの端部または端部近傍の像における色情報のうち、明度および彩度に関する情報を用いて前記ウェハの端部または端部近傍の前記薄膜の状態を判別する判別部とを備えて構成されることを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
前記撮像部は、前記ウェハの端部または端部近傍の像を拡大する顕微鏡部と、前記顕微鏡部により拡大された前記ウェハの端部または端部近傍の像を撮像する撮像素子とを有して構成されることを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
【請求項３】
前記撮像部は、前記ウェハの表面に対する法線方向と略平行な方向から、前記ウェハの端部または端部近傍を撮像するように構成されており、
前記支持部に支持された前記ウェハの側方に、前記照明部による照明とは別に前記ウェハの端部または端部近傍に対して拡散照明を行う補助照明部が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の表面検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハの端部を表面検査する検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液浸露光プロセスにおいては、半導体ウェハの端部において複雑なコーティング処理が行われる。このような処理では、例えば、ＢＡＲＣ（Bottom Anti-Reflection Coating）処理の上にレジスト処理が行われ、さらにその上には、液浸露光プロセスにおいて重要な撥水性をもたせるために、トップコート処理が行われる。これらの処理によって得られる薄い膜同士のウェハの端部における位置関係が不適切だと、パターン不良を引き起こす原因となる。例えば、トップコートがかかっていないレジスト膜が剥がれて異物となり、液浸露光プロセスで屈折率を上げるために用いられる液体（水など）によってウェハ表面のパターン部へ運ばれ、露光時に異物が転写されてしまう。
【０００３】
そこで、ウェハの端部における膜の状態を確認するための種々の方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。このような方法として、例えば、レーザー光の照射により生じる散乱光を利用して膜の荒れを検出し、膜の異常箇所を検出する方法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３２５３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、散乱光を利用して膜の荒れを検出し膜の異常箇所を検出する方法では、検出した箇所で膜の荒れ等が発生していることは分かっても、異常の原因を特定することができなかった。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、異常の原因を推定することが可能な表面検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的達成のため、本発明に係る表面検査装置は、表面に薄膜が設けられた半導体ウェハを支持する支持部と、前記支持部に支持された前記ウェハの端部または端部近傍を照明する照明部と、前記照明部に照明された前記ウェハの端部または端部近傍を撮像する撮像部と、前記撮像部に撮像された前記ウェハの端部または端部近傍の像における色情報のうち、明度および彩度に関する情報を用いて前記ウェハの端部または端部近傍の前記薄膜の状態を判別する判別部とを備えて構成される。
【０００８】
なお、上述の表面検査装置において、前記撮像部は、前記ウェハの端部または端部近傍の像を拡大する顕微鏡部と、前記顕微鏡部により拡大された前記ウェハの端部または端部近傍の像を撮像する撮像素子とを有して構成されることが好ましい。
【０００９】
また、上述の表面検査装置において、前記撮像部は、前記ウェハの表面に対する法線方向と略平行な方向から、前記ウェハの端部または端部近傍を撮像するように構成されており、前記支持部に支持された前記ウェハの側方に、前記照明部による照明とは別に前記ウェハの端部または端部近傍に対して拡散照明を行う補助照明部が設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、異常の原因を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係る表面検査装置の概略構成図である。
【図２】ウェハの外周端部近傍を示す側面図である。
【図３】画像処理部を示す制御ブロック図である。
【図４】上ベベル部の表面状態の一例を示す図である。
【図５】上ベベル部の画像における検出領域の一例を示す図である。
【図６】検出領域毎に表面状態の判別を行った一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明に係る表面検査装置の一例を図１に示しており、この表面検査装置１は、半導体ウェハ１０（以下、ウェハ１０と称する）の外周端部および外周端部近傍における異常（特に、後述する薄膜に関する異常）の有無を表面検査するためのものである。
【００１３】
被観察物であるウェハ１０は薄い円盤状に形成されており、その表面には、ウェハ１０から取り出される複数の半導体チップ（チップ領域）に対応した回路パターン（図示せず）を形成するため、図２に示すように、薄膜状のＢＡＲＣ１５、レジスト膜１６、およびトップコート１７がこの順に重なって形成される。なお、ＢＡＲＣ１５は、レジスト膜１６を上手に処理するためにコーティングされた膜であり、トップコート１７は、前述のように撥水性をもたせるためにコーティングされた膜である。ウェハ１０の表面（上面）における外周端部内側には、上ベベル部１１がリング状に形成され、この上ベベル部１１の内側に回路パターンが形成されることになる。また、ウェハ１０の裏面（下面）における外周端部内側には、下ベベル部１２がウェハ１０を基準に上ベベル部１１と表裏対称に形成される。そして、上ベベル部１１と下ベベル部１２とに繋がるウェハ端面がアペックス部１３となる。
【００１４】
ところで、表面検査装置１は、ウェハ１０を支持して回転させるウェハ保持部２０と、ウェハ１０の外周端部および外周端部近傍を撮像する撮像部３０と、撮像部３０で撮像されたウェハ１０の画像に対して所定の画像処理を行う画像処理部４０と、ウェハ保持部２０や撮像部３０等の駆動制御を行う制御部５０とを主体に構成される。
【００１５】
ウェハ保持部２０は、基台２１と、基台２１から上方へ垂直に延びて設けられた回転軸２２と、回転軸２２の上端部に略水平に取り付けられて上面側でウェハ１０を支持するウェハホルダ２３とを有して構成される。ウェハホルダ２３の内部には真空吸着機構（図示せず）が設けられており、真空吸着機構による真空吸着を利用してウェハホルダ２３上のウェハ１０が吸着保持される。
【００１６】
基台２１の内部には、回転軸２２を回転駆動させる回転駆動機構（図示せず）が設けられており、回転駆動機構により回転軸２２を回転させることで、回転軸２２に取り付けられたウェハホルダ２３とともに、ウェハホルダ２３上に吸着保持されたウェハ１０がウェハ１０の中心（回転対称軸Ｏ）を回転軸として回転駆動される。なお、ウェハホルダ２３はウェハ１０より径の小さい略円盤状に形成されており、ウェハホルダ２３上にウェハ１０が吸着保持された状態で、上ベベル部１１、下ベベル部１２、およびアペックス部１３を含むウェハ１０の外周端部近傍がウェハホルダ２３からはみ出るようになっている。
【００１７】
撮像部３０は、ウェハ１０の上ベベル部１１と対向するように配置され、ウェハ１０の回転軸（回転対称軸Ｏ）と略平行な（すなわち、ウェハ１０の表面に対する法線方向と略平行な）鉛直上方から上ベベル部１１を部分的に撮像するようになっている。これにより、ウェハ保持部２０に支持されたウェハ１０を回転させると、撮像部３０の撮像領域に対して、ウェハ１０の外周端部、すなわち上ベベル部１１がウェハ１０の周方向へ相対回転するため、上ベベル部１１と対向するように配置された撮像部３０は、上ベベル部１１を周方向（すなわち相対回転方向）へ連続的に複数撮像することができ、ウェハ１０の全周にわたって上ベベル部１１を撮像することが可能になる。
【００１８】
また、撮像部３０は、落射照明３２を備えた顕微鏡部３１と、ＣＣＤやＣＭＯＳ等（ラインセンサまたは２次元センサ）の撮像素子３４が内蔵されたカメラ本体３３とを主体に構成される。落射照明３２による照明光が顕微鏡部３１からウェハ１０に照射されると、ウェハ１０からの反射光が顕微鏡部３１によって撮像素子３４に導かれ、顕微鏡部３１により上ベベル部１１の拡大像が撮像素子３４の撮像面上に結像される。そして、撮像素子３４は、顕微鏡部３１により拡大された上ベベル部１１の像を撮像し、上ベベル部１１の画像データ（カラー画像）を画像処理部４０へ出力する。なお、落射照明３２に限らず、顕微鏡部３１とは別体の照明装置を用いて、カメラ本体３３の撮像光軸に対し斜めの方向からウェハ１０を照明するようにしてもよい。また、顕微鏡部３１の変倍比は例えば５倍に設定される。
【００１９】
また、ウェハホルダ２３の側方には、ウェハ１０の回転軸（回転対称軸Ｏ）と直交する方向からウェハ１０の外周端部近傍（上ベベル部１１等）を拡散照明する拡散板３５が配設されている。この拡散板３５は、上下に延びる板状部材３６と、当該板状部材３６に取り付けられた多数のＬＥＤ照明３７等を有して構成され、ＬＥＤ照明３７から図示しないアクリル板を透過して得られる散乱光によりウェハ１０の外周端部近傍（上ベベル部１１等）を拡散照明するようになっている。
【００２０】
制御部５０は、各種制御を行う制御基板等から構成され、制御部５０からの制御信号によりウェハ保持部２０、撮像部３０、および画像処理部４０等の作動制御を行う。また、制御部５０には、画像表示部および画像上のカーソル操作等を行うための操作部を備えたインターフェース部５１と、画像データ等を記憶する記憶部５２等が電気的に接続されている。
【００２１】
画像処理部４０は、図示しない回路基板等から構成され、図３に示すように、入力部４１と、内部メモリ４２と、領域設定部４３と、判別部４４と、出力部４５とを有している。入力部４１には、撮像部３０からの画像データが入力され、さらには、インターフェース部５１で入力された各種設定パラメータ等が制御部５０を介して入力される。入力部４１に入力された上ベベル部１１の画像データは、内部メモリ４２へ送られる。
【００２２】
領域設定部４３は、内部メモリ４２と電気的に接続されており、内部メモリ４２から上ベベル部１１の画像データが入力されると、当該画像データに基づいて、図５に示すように、上ベベル部１１の画像において異常を検出するため矩形状に分割した複数の検出領域Ａを設定し、検出領域Ａに対応する画像部分をそれぞれ上ベベル部１１の画像から抽出して切り出す。なお、領域設定部４３により抽出された複数の検出領域Ａの画像データは、上ベベル部１１全体の画像データ等とともに、判別部４４に出力される。
【００２３】
判別部４４は、領域設定部４３と電気的に接続されており、領域設定部４３から検出領域Ａの画像データが入力されると、当該画像データに基づいて、検出領域Ａでの上ベベル部１１の画像における色情報のうち、明度および彩度に関する情報を用いて、上ベベル部１１（検出領域Ａ）の表面状態を判別する。なお、判別部４４による判別結果は、上ベベル部１１の画像データ等とともに、出力部４５に出力される。出力部４５は、制御部５０と電気的に接続されており、判別部４４による判別結果および上ベベル部１１の画像データ等を制御部５０へ出力する。
【００２４】
以上のように構成される表面検査装置１を用いて、ウェハ１０（上ベベル部１１）の表面検査を行うには、まず、ウェハ１０の上ベベル部１１を撮像する。このとき、制御部５０からの制御信号を受けて、ウェハ保持部２０がウェハ１０を回転させるとともに、撮像部３０がウェハ１０の周方向へ相対回転する上ベベル部１１を（周方向へ）連続的に複数撮像し、上ベベル部１１をウェハ１０の全周にわたって撮像する。なお、撮像素子としてラインセンサを用いた場合は、所定角度毎の複数の像として取り込んでも、全周を１つの像として取り込んでもよい。
【００２５】
撮像部３０が上ベベル部１１を連続的に撮像するとき、ウェハ１０の回転により相対移動して設定される撮像部３０の撮像領域毎に上ベベル部１１が部分的に撮像され、このようにして撮像された上ベベル部１１の画像データ（カラー画像）は画像処理部４０へ出力される。撮像部３０から出力された上ベベル部１１の画像データはそれぞれ、画像処理部４０の入力部４１に入力されて内部メモリ４２へ送られる。
【００２６】
さらに、内部メモリ４２から領域設定部４３へ上ベベル部１１の画像データが入力されると、領域設定部４３は、図５に示すように、上ベベル部１１の画像において異常を検出するため矩形状に分割した複数の検出領域Ａを設定する。このとき、インターフェース部５１から入力されたレシピに基づいて、所定の画素ピッチでウェハ１０の径方向および周方向に並ぶ（例えば、径方向に４分割、周方向に０．０６５度単位で分割された）複数の検出領域Ａが自動的に設定される。続いて、領域設定部４３は、設定した検出領域Ａに対応する画像部分を上ベベル部１１の画像から抽出し、抽出した複数の検出領域Ａの画像データを、上ベベル部１１全体の画像データ等とともに、判別部４４に出力する。なお、検出領域Ａの設定は、レシピに基づいた自動的な設定に限られるものではなく、オペレータがインターフェース部５１を操作して手動で設定するようにしてもよい。
【００２７】
ところで、図４（ａ）に、上ベベル部１１におけるＢＡＲＣ１５、レジスト膜１６、およびトップコート１７の正常な処理状態を示す。図４（ａ）に示すように、ＢＡＲＣ１５およびレジスト膜１６の端部の位置はほぼ同一で、トップコート１７が僅かにＢＡＲＣ１５およびレジスト膜１６の端部からはみ出て覆うようにコーティングされた状態を、正常な状態とする。
【００２８】
一方で、図４（ｂ）に、レジスト膜１６が一部剥離した状態の上にトップコート処理が行われた状態を示す。この状態は、レジスト膜１６が剥離していても、その上にトップコート１７が乗っているため、撥水性および発塵の観点からは問題がない状態とみなせる。また、図４（ｃ）に、レジスト膜１６は正常だがトップコート処理が不十分でレジスト膜１６の一部が剥き出しになった状態を示す。この状態では、液浸露光プロセスにおいて、剥き出しになったレジスト膜１６の一部が剥離し、露光時に異常が発生する可能性がある。また、図４（ｄ）に、トップコート１７と同様にレジスト膜１６やＢＡＲＣ１５も剥離した状態を示す。
【００２９】
図４（ａ）〜（ｄ）に示すような表面状態を、カラー画像におけるＲＧＢ値によって判別しようとすると、トップコート１７やレジスト膜１６の種類により取得画像の色調が異なるため、判別基準がトップコート１７やレジスト膜１６の種類により大きくずれてしまう可能性がある。これに対し、色相、明度、彩度からなる色の三要素を利用することも考えられる。ところが、主にトップコート１７の状態について調べたい場合、色相については、トップコート１７の剥がれ等による表面状態の変化に対して相関を掴みにくい。一方で、本願の発明者は、図４（ａ）に示す正常な状態を基準としたトップコート１７の剥がれ等による表面状態の変化に対し、明度および彩度について相関があることを発見した。
【００３０】
例えば、図６（ａ）に示すように、レジスト膜１６が一部剥離した状態の上にトップコート処理が行われた場合、検出領域Ａ１において、正常な状態に対し明度および彩度がともに増加する。これは、ＢＡＲＣ１５がレジスト膜１６よりも明度および彩度が高いからと考えられる。なお、図６（ａ）の右側には、ウェハ１０の形状を模した略円形の図形の周部に、レジスト膜１６が一部剥離した状態の上にトップコート処理が行われた状態と判別された検出領域Ａ１の数（約２．５度単位で集計）を示すグラフを、ウェハ１０の周方向位置と対応させて放射状に表示している。
【００３１】
また、図６（ｂ）に示すように、レジスト膜１６は正常だがトップコート処理が不十分でレジスト膜１６の一部が剥き出しになった場合、検出領域Ａ２，Ａ３において、正常な状態に対し明度が減少して彩度が増加する。これは、正常な状態での反射率特性は、コントラストの高いレジスト膜１６の反射率特性とコントラストの低いトップコート１７の反射率特性とを組み合わせたものとなるが、レジスト膜１６が剥き出しになった部分では、レジスト膜１６のみの反射率特性となって明度が低く彩度が高いものになるからと考えられる。なお、図６（ｂ）の右側には、ウェハ１０の形状を模した略円形の図形の周部に、レジスト膜１６は正常だがトップコート処理が不十分でレジスト膜１６の一部が剥き出しになった状態と判別された検出領域Ａ２，Ａ３の数（約２．５度単位で集計）を示すグラフを、ウェハ１０の周方向位置と対応させて放射状に表示している。
【００３２】
また、図６（ｃ）に示すように、トップコート１７と同様にレジスト膜１６やＢＡＲＣ１５も剥離した場合、検出領域Ａ４において、正常な状態に対し明度が急激に増加して彩度が減少する。これは、ウェハ１０の基材（ベアウェハ）が露出して照明光による全反射に近い状態になるからと考えられる。なお、図６（ｃ）の右側には、ウェハ１０の形状を模した略円形の図形の周部に、トップコート１７と同様にレジスト膜１６やＢＡＲＣ１５も剥離した状態と判別された検出領域Ａ４の数（約２．５度単位で集計）を示すグラフを、ウェハ１０の周方向位置と対応させて放射状に表示している。
【００３３】
このような相関を利用して、判別部４４は、領域設定部４３から検出領域Ａの画像データが入力されると、当該画像データに基づいて、上ベベル部１１の画像の検出領域Ａにおける色情報のうち、明度および彩度に関する情報を用いて、検出領域Ａ（上ベベル部１１）での表面状態を判別する。このとき、例えば、検出領域Ａの画素毎に、Ｒ（赤：Red）、Ｇ（緑：Green）、Ｂ（青：Blue）の色空間（信号強度）を、Ｈ（色相：Hue）、Ｂ（明度：Brightness）、Ｓ（飽和度（彩度）：Saturation）の色空間（信号強度）に変換し、検出領域Ａにおける明度Ｂおよび彩度Ｓの画素毎の平均値を正常な状態における明度および彩度と比較する。
【００３４】
そして、明度Ｂの平均値が正常な状態の明度よりも所定の閾値以上大きく、彩度Ｓの平均値が正常な状態の彩度よりも所定の閾値以上大きい場合には、レジスト膜１６が一部剥離した状態の上にトップコート処理が行われた状態と判別する。また、明度Ｂの平均値が正常な状態の明度よりも所定の閾値以上小さく、彩度Ｓの平均値が正常な状態の彩度よりも所定の閾値以上大きい場合には、レジスト膜１６は正常だがトップコート処理が不十分でレジスト膜１６の一部が剥き出しになった状態と判別する。また、明度Ｂの平均値が正常な状態の明度よりも所定の閾値以上大きく、彩度Ｓの平均値が正常な状態の彩度よりも所定の閾値以上小さい場合には、トップコート１７と同様にレジスト膜１６やＢＡＲＣ１５も剥離した状態と判別する。なお、検出領域Ａにおける明度Ｂおよび彩度Ｓの平均値に限らず、明度Ｂおよび彩度Ｓを画素毎に正常な状態と比較するようにしてもよい。
【００３５】
このようにして行われた判別部４４による判別結果は、上ベベル部１１の画像データ等とともに、出力部４５に出力される。このとき、出力部４５は、判別部４４による判別結果および上ベベル部１１の画像データ等を制御部５０へ出力する。そして、制御部５０により、出力部４５から出力された判別部４４による判別結果および上ベベル部１１の画像データ等をインターフェース部５１の画像表示部で表示させる。なお、判別部４４による判別結果および上ベベル部１１の画像データ等は、制御部５０を介して記憶部５２にも記憶される。
【００３６】
この結果、本実施形態に係る表面検査装置１によれば、判別部４４が、上ベベル部１１の画像の検出領域Ａにおける色情報のうち、明度および彩度に関する情報を用いて、上ベベル部１１での表面状態を判別するため、上述のようにして上ベベル部１１における異常の原因を推定することができる。特に、顕微鏡部３１による上ベベル部１１の拡大像を撮像素子３４が撮像する場合に効果的である。
【００３７】
また、ウェハホルダ２３の側方に、上ベベル部１１を拡散照明する拡散板３５が設けられることで、上ベベル部１１を均一に照明した状態で撮像することができる。
【００３８】
なお、上述の実施形態において、ウェハ１０の全周にわたって上ベベル部１１を撮像しているが、これに限られるものではなく、制御部５０の作動制御により、上ベベル部１１における所望の回転角度位置範囲についてのみ撮像するようにしてもよい。これにより、上ベベル部１１における所望の回転角度位置範囲についてのみ検査することができる。
【００３９】
また、上述の実施形態において、撮像素子３４としてＣＣＤやＣＭＯＳ等といった二次元イメージセンサを用いているが、これに限られるものではなく、ラインセンサ等の一次元センサを用いるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１  表面検査装置
１０  半導体ウェハ                      １１  上ベベル部
１２  下ベベル部                        １３  アペックス部
１５  ＢＡＲＣ（薄膜）                  １６  レジスト膜（薄膜）
１７  トップコート（薄膜）
２０  ウェハ保持部（支持部）
３０  撮像部
３１  顕微鏡部                          ３２  落射照明（照明部）
３４  撮像素子                          ３５  拡散板（補助照明部）
４０  画像処理部                        ４４  判別部
５０  制御部
【図１】
2010190871.tif 000003
【図２】
2010190871.tif 000004
【図３】
2010190871.tif 000005
【図４】
2010190871.tif 000006
【図５】
2010190871.tif 000007
【図６】
2010190871.tif 000008